阅读说明：本技术 一种基于在线修正的桥式振弦应变计 (Bridge type vibrating wire strain gauge based on online correction ) 是由 雷升祥 王立新 李储军 汪珂 许和平 丁正全 邹春华 任晓春 张波 刘鹏 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于在线修正的桥式振弦应变计,第一振弦固定于第一、第二固定端之间,第二振弦固定于第二、第三固定端之间,第三振弦固定于第四、第五固定端之间,第四振弦固定于第五、第六固定端之间,第一振弦上设置可引发激振的第一激振电磁线圈,第二振弦上设置可引发激振的第二激振电磁线圈,第三振弦上设置可引发激振的第三激振电磁线圈,第四振弦上设置可引发激振的第四激振电磁线圈,检测仪器分别与第一、第二、第三及第四激振电磁线圈相连接,第一与第二电磁线圈串联、第三与第四电磁线圈串联,这两部分串联结构组成并联结构,四部分激振电磁线圈为对称关系,可有效提高应变计灵敏性、精度、抗干扰能力及测量数据有效性。(The invention discloses a bridge type vibrating wire strain gauge based on-line correction, wherein a first vibrating wire is fixed between a first fixed end and a second fixed end, a second vibrating wire is fixed between the second fixed end and a third fixed end, a third vibrating wire is fixed between a fourth fixed end and a fifth fixed end, a fourth vibrating wire is fixed between the fifth fixed end and a sixth fixed end, a first excitation electromagnetic coil capable of initiating excitation is arranged on the first vibrating wire, a second excitation electromagnetic coil capable of initiating excitation is arranged on the second vibrating wire, a third excitation electromagnetic coil capable of initiating excitation is arranged on the third vibrating wire, a fourth excitation electromagnetic coil capable of initiating excitation is arranged on the fourth vibrating wire, a detection instrument is respectively connected with the first excitation electromagnetic coil, the second excitation electromagnetic coil, the third excitation electromagnetic coil and the fourth excitation electromagnetic coil, the first excitation electromagnetic coil is connected with the second excitation electromagnetic coil in series, the third excitation electromagnetic coil is connected with the fourth excitation electromagnetic coil in series, the two excitation electromagnetic coils form a parallel structure, and the, the sensitivity, the precision, the anti-interference capability and the measured data effectiveness of the strain gauge can be effectively improved.)

一种基于在线修正的桥式振弦应变计

技术领域

本发明涉及一种桥式振弦应变计，具体涉及一种基于在线修正的桥式振弦应变计。

背景技术

振弦式应变计是工程上常用的结构应变监测装置，其优点是结构简单，工作可靠，输出信号为标准的频率信号，非常方便计算机处理。但是由于传统的振弦式应变计的工作环境较为复杂，在实际应用过程中，应变计的灵敏度及数据的测量精度会受到外界环境的干扰影响，同时存在数据采样速率较低及采样点数较少的问题，并且随着时间推移，振弦式应变计普遍存在振弦老化或振弦可塑性变差导致测量振动信号参数精度下降的问题，由于这些因素的影响，导致数据的准确性及有效性降低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于在线修正的桥式振弦应变计，该应变计的抗干扰能力强、灵敏度高并且数据的精度、采样速率及采样点数都有了一定的提高，进而使得测量数据更加准确有效。

为达到上述目的，本发明所述的基于在线修正的桥式振弦应变计包括第一固定端、第二固定端、第三固定端、第四固定端、第五固定端、第六固定端、第一振弦、第二振弦、第三振弦、第四振弦及检测仪器；

第一固定端、第二固定端及第三固定端均匀分布在中间及两侧，第一振弦固定于第一固定端与第二固定端之间，第二振弦固定于第二固定端与第三固定端之间，第四固定端、第五固定端及第六固定端均匀分布在中间及两侧，第三振弦固定于第四固定端与第五固定端之间，第四振弦固定于第五固定端与第六固定端之间，第一振弦上设置有用于对第一振弦产生激振的第一激振电磁线圈，第二振弦上设置有用于对第二振弦产生激振的第二激振电磁线圈，第三振弦上设置有用于对第三振弦产生激振的第三激振电磁线圈，第四振弦上设置有用于对第四振弦产生激振的第四激振电磁线圈，检测仪器分别与第一激振电磁线圈、第二激振电磁线圈、第三激振电磁线圈及第四激振电磁线圈相连接。

第一振弦、第二振弦、第三振弦及第四振弦的长度、材质及弹性模量均相同，从而能够保证四根振弦的特性及后续采样数据的一致性。

第一振弦与第一固定端及第二固定端之间、第二振弦与第二固定端及第三固定端之间、第三振弦与第四固定端及第五固定端之间、第四振弦与第五固定端及第六固定端之间均通过螺纹紧固件固定连接，同时将这些固定装置都固定于同一底座之上。

第一激振电磁线圈、第二激振电磁线圈、第三激振电磁线圈及第四激振电磁线圈采用串并联的方式相连接。具体如下：第一激振电磁线圈与第二激振电磁线圈以串联的方式连接，第三激振电磁线圈与第四激振电磁线圈以串联方式连接，这两部分串联结构共同组成一个并联结构，从而形成了“桥式”的概念。在该“桥式”结构中，这四部分激振电磁线圈共同对不同振弦产生激振，提高了数据的采样点数及采样速率，同时这四部分激振电磁线圈之间是对称的关系，从而有效地提高了应变计的灵敏性及测量数据的精度。

获取第一振弦真实振动频率的过程为：

1）测量第一振弦的长度l 及截面面积s；

2）将第一振弦拉紧，并测量第一振弦的初始振动频率f₀；

3）通过第一激振电磁线圈对第一振弦施加恒定外力F₁，使得第一振弦产生振动信号，经过时间Δt后，重新测量第一振弦的振动频率f，假设的结果为 K，则有

其中，为第一振弦长度的变化量，e为第一振弦的弹性模量，m为第一振弦的质量；

4）通过对第一振弦施加不同的恒定外力，相隔不同的时间段Δt，计算第一振弦施加不同的外力、间隔不同的时间段Δt所对应的K值，并将不同情况下的计算结果记录在同一表格中；

5）根据已知恒定外力F₁和间隔时间通过查表的方式得到对应的 K 值，则第一振弦的真实振动频率为：

6）在实际工程应用中，根据检测仪器返回的数值在表中查找对应的数值，从而根据返回的数值判断其所在的范围并且根据查表的结果对返回的测量数据进行实时地在线修正。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于在线修正的桥式振弦应变计在具体操作时，检测仪器通过第一激振电磁线圈、第二激振电磁线圈、第三激振电磁线圈及第四激振电磁线圈分别对第一振弦、第二振弦、第三振弦及第四振弦进行激振，并测量第一振弦、第二振弦、第三振弦及第四振弦的振动信号，以提高振动信号采样的频率，降低外界环境的干扰信号对测量结果的影响。

进一步，本发明通过数据计算实现对振弦的真实振动频率的在线修订，减少因为更换应变计振弦所带来的高额成本，大大提高振弦应变计的使用寿命，并且使用方便快捷，适合广泛用于桥梁荷载试验、健康监控等技术领域。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明结构立面图；

其中，10为第一振弦、11为第二振弦、12为第三振弦、13为第四振弦、20为第一固定端、21为第二固定端、22为第三固定端、23为第四固定端、24为第五固定端、25为第六固定端、30为第一激振电磁线圈、31为第二激振电磁线圈、32为第三激振电磁线圈、33为第四激振电磁线圈、4为检测仪器、7为螺纹紧固件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的基于在线修正的桥式振弦应变计包括第一固定端20、第二固定端21、第三固定端22、第四固定端23、第五固定端24、第六固定端25、第一振弦10、第二振弦11、第三振弦12、第四振弦13及检测仪器4；第一固定端20、第二固定端21及第三固定端22均匀分布在中间及两侧，第一振弦10固定于第一固定端20与第二固定端21之间，第二振弦11固定于第二固定端21与第三固定端22之间，第四固定端23、第五固定端24及第六固定端25均匀分布在中间及两侧，第三振弦12固定于第四固定端23与第五固定端24之间，第四振弦13固定于第五固定端24与第六固定端25之间，第一振弦10上设置有用于对第一振弦10产生激振的第一激振电磁线圈30，第二振弦11上设置有用于对第二振弦11产生激振的第二激振电磁线圈31，第三振弦12上设置有用于对第三振弦12产生激振的第三激振电磁线圈32，第四振弦13上设置有用于对第四振弦13产生激振的第四激振电磁线圈33，检测仪器4分别与第一激振电磁线圈30、第二激振电磁线圈31、第三激振电磁线圈32及第四激振电磁线圈33相连接。

第一振弦10与第一固定端20及第二固定端21之间、第二振弦11与第二固定端21及第三固定端22之间、第三振弦12与第四固定端23及第五固定端24之间、第四振弦13与第五固定端24及第六固定端25之间均通过螺纹紧固件7固定连接，同时将这些固定装置都固定于同一底座之上。

参考图1，第一振弦10、第二振弦11、第三振弦12及第四振弦13的长度相同；第一激振电磁线圈30、第二激振电磁线圈31、第三激振电磁线圈32及第四激振电磁线圈33采用串并联的方式相连接。具体如下：第一激振电磁线圈30与第二激振电磁线圈31采用串联方式进行连接，第三激振电磁线圈32与第四激振电磁线圈33采用串联方式进行连接，这两部分串联结构共同组成一个并联结构，进而形成了本发明提到的“桥式”应变计。在该“桥式”应变计中，这四部分激振电磁线圈共同对不同振弦产生激振，提高了数据的采样点数及采样速率，同时四部分激振电磁线圈之间是对称的关系，从而有效地提高了应变计的灵敏性及测量数据的精度。

获取第一振弦10真实振动频率的过程为：

1）测量第一振弦10的长度l 及截面面积s；

2）将第一振弦10拉紧，并测量第一振弦10的初始振动频率f₀；

3）通过第一激振电磁线圈30对第一振弦10施加恒定外力F₁，使得第一振弦10产生振动信号，经过时间Δt后，重新测量第一振弦10的振动频率f，假设的结果为 K，则有

其中，为第一振弦10长度的变化量，e为第一振弦10的弹性模量，m为第一振弦10的质量；

4）在相同条件下，再次通过第一激振电磁线圈30对第一振弦10施加恒定外力F₂，使得第一振弦10产生振动信号，计算第一振弦10施加不同的外力 F₂、同时间隔不同的时间段Δt所对应的K值；

5）在相同条件下，多次重复上述实验过程。即计算通过第一激振电磁线圈30对第一振弦10施加不同外力，并且间隔不同时间段Δt所对应的K值，将不同情况下获取的值列举在一张表格中。。

6）根据已知恒定外力F₁和间隔时间通过查表的方式得到对应的 K 值，则第一振弦10的真实振动频率为：

7）在实际工程应用中，根据检测仪器返回的数值在表中查找对应的数值，从而根据返回的数值判断其所在的范围并且根据查表的结果对返回的测量数据进行实时地在线修正。

所述检测仪器4通过第一激振电磁线圈30、第二激振电磁线圈31、第三激振电磁线圈32及第四激振电磁线圈33分别对相同长度的第一振弦10、第二振弦11、第三振弦12及第四振弦13进行激振，并测量第一振弦10、第二振弦11、第三振弦12及第四振弦13的振动信号，以提高振动信号采样的频率，降低外界环境的干扰信号对测量结果的影响；所述检测仪器4对第一振弦10、第二振弦11、第三振弦12及第四振弦13的振动信号进行比对和相关性处理，所述振动信号的参数包括频率、振幅以及衰减参数，所述相关性处理是指数据的加减乘除以及根据实验获得的应力相关函数计算，以提高振动信号的采样频率，降低外界环境干扰信号对测量结果的影响。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于在线修正的桥式振弦应变计，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。